第二章電氣控制線路

第二章電氣控制線路第一節(jié)：電器控制圖的基本知識第二節(jié)：基本控制第三節(jié)：常用基本控制電路第四節(jié)：電氣控制電路讀圖第五節(jié):電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法1.掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。2.掌握過載、短路和失壓保護(hù)的作用和方法。3.掌握常用基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程（如電機(jī)啟動、停車、正反轉(zhuǎn)等控制）。4.能讀懂簡單的控制電路原理圖。5.能設(shè)計(jì)簡單的控制電路。本章要求：第一節(jié)電器控制圖的基本知識電氣圖的符號

為了表達(dá)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意圖，便于分析系統(tǒng)工作原理、安裝、調(diào)試和檢修控制系統(tǒng)，必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號來表達(dá)。電氣控制圖的分類：

電氣原理圖電氣元件布置圖電氣安裝接線圖

電氣控制圖的繪制規(guī)則1.1電器控制原理圖的繪制規(guī)則按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電工圖形符號和文字符號畫圖。原理圖一般分主電路和輔助電路兩部分：主電路就是從電源到電動機(jī)大電流通過的路徑。輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路及保護(hù)電路等，(由繼電器和接觸器的線圈、繼電器的觸點(diǎn)、接觸器的輔助觸點(diǎn)、按鈕、照明燈、信號燈、控制變壓器等電器元件組成)?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)的全部電機(jī)、電器和其它器械的帶電部件，都應(yīng)在原理圖中表示出來。而與電路無關(guān)的部件(如鐵心、支架、彈簧等)在控制電路中不畫出。屬同一電器元件的不同部分(如接觸器的線圈和觸點(diǎn))按其功能和所接電路的不同分別畫在不同的電路中，但必須標(biāo)注相同的文字符號。電器控制原理圖的繪制規(guī)則（續(xù)前）所有電器的圖形符號，都按沒有通電、無外力作用下的開閉狀態(tài)繪制。（例如，繼電器、接觸器的觸點(diǎn)，按吸引線圈不通電狀態(tài)畫；萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)按手柄處于零位時的狀態(tài)畫；按鈕、行程開關(guān)的觸點(diǎn)按不受外力作用時的狀態(tài)畫等）。電氣元件應(yīng)按功能布置，并盡可能按水平順序排列，其布局順序應(yīng)該是從上到下，從左到右。電路垂直布置時，類似項(xiàng)目宜橫向?qū)R；水平布置時，類似項(xiàng)目應(yīng)縱向?qū)R。電氣原理圖中，有直接聯(lián)系的交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)，要用黑圓點(diǎn)表示；無直接聯(lián)系的交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)不畫黑圓點(diǎn)。分析和設(shè)計(jì)控制電路時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：使控制電路簡單，電器元件少，而且工作又要準(zhǔn)確可靠；(2)盡可能避免多個電器元件依次動作才能接通另一個電器的控制電路；(3)必須保證每個線圈的額定電壓，不能將兩個線圈串聯(lián)。機(jī)床系統(tǒng)控制電路圖第二節(jié)常用基本控制電路2.1籠型異步電動機(jī)直接起動控制線路2.2籠型異步電動機(jī)串電阻起動控制線路2.3鼠籠式電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制線路2.4時間控制線路2.5鼠籠式電動機(jī)能耗制動控制線路2.6行程控制線路1.直接起動（a）結(jié)構(gòu)圖2.1鼠籠式電動機(jī)直接起動的控制線路3～熔斷器FU交流接觸器KM組合開關(guān)QS按扭SBSB1SB235熱繼電器FRM421主電路控制電路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQS3~M..熔斷器熱繼電器發(fā)熱元件開關(guān)接觸器主觸點(diǎn)起動按鈕停止按鈕接觸器線圈接觸器輔助觸點(diǎn)熱繼電器動斷觸點(diǎn)(b)原理圖(1)電路合上開關(guān)QS起動KM輔助觸點(diǎn)閉合，自鎖。按下起動按鈕SB2

,KM線圈通電，KM主觸頭閉合，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。KMFRKM..KMSB1SB2..控制電路通電轉(zhuǎn)動KM主電路FR3~MFUQS（2）控制原理自鎖

利用自身輔助觸點(diǎn)，維持線圈通電的作用稱自鎖松開起動按鈕SB2，線圈仍保持通電狀態(tài)，電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。起動FRKM..KMSB1SB2..控制電路通電KM轉(zhuǎn)動主電路FR3~MFUQS（2）控制原理I停車轉(zhuǎn)動

停轉(zhuǎn)FRKM..SB1SB2KM..控制電路通電主電路FRFUQS3~M斷電KM去掉KM輔助觸點(diǎn),實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。KM線圈斷電電動機(jī)停轉(zhuǎn)。KM輔助觸頭斷開，取消自鎖。按下停止按鈕SB1主觸頭（KM）斷開（2）控制原理II零壓、欠壓保護(hù)控制電路一、直接起動SB1KMSB2FRKMFRKMFUQS3~M..熱繼電器過載保護(hù)熔斷器短路保護(hù)接觸器熱繼電器動斷觸點(diǎn)主電路控制電路電動機(jī)的保護(hù)電動機(jī)的保護(hù)

短路保護(hù)是因短路電流會引起電器設(shè)備絕緣損壞產(chǎn)生強(qiáng)大的電動力，使電動機(jī)和電器設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。

欠壓是指電動機(jī)工作時，電路電壓減少甚至使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，在電源電壓恢復(fù)時，電動機(jī)可能自動重新起動(亦稱自起動)，易造成人身或設(shè)備故障。通常采用繼電器、接觸器控制進(jìn)行保護(hù)。常用的失壓和欠壓保護(hù)有：對接觸器實(shí)行自鎖；用欠電壓繼電器組成失壓、欠壓保護(hù)。

過載保護(hù)是在電機(jī)工作時，若因負(fù)載過重而使電流增大，但又比短路電流小。此時熔斷器起不了保護(hù)作用，應(yīng)進(jìn)行過載保護(hù)。常采用熱繼電器FR保護(hù)，也可采用自動開關(guān)和電流繼電器保護(hù)。返回2.點(diǎn)動的控制電路觸頭（KM）打開松開按鈕線圈（KM）斷電

電機(jī)停轉(zhuǎn)。觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB）

線圈（KM）通電電機(jī)轉(zhuǎn)動；SBFRKMFRKMFUQS3~M..2.點(diǎn)動+連續(xù)運(yùn)行的控制電路I

按下起動按鈕SB2，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，松開起動按鈕SB2，電動機(jī)繼續(xù)連續(xù)運(yùn)行。點(diǎn)動按鈕SB3的作用：(1)使接觸器線圈KM通電；(2)使線圈KM不能自鎖。KMSB2FRKMSB1~SB3復(fù)合按鈕控制關(guān)系SB2：連續(xù)運(yùn)行SB3：點(diǎn)動方法一：加復(fù)合按鈕后閉合先斷開按下SB3閉合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)動時：自鎖觸點(diǎn)不起作用通電2.點(diǎn)動+連續(xù)運(yùn)行的控制電路IKMFR~SB2SB1KMSB3松開SB3電機(jī)停轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動用途:試車、檢修以及車床主軸的調(diào)整等。KMSB2FRKMSB1~SB3先斷開后閉合斷開斷電該電路缺點(diǎn)：動作不夠可靠。2.點(diǎn)動+連續(xù)運(yùn)行的控制電路IM3~ABCKMFU按下SB2SBKASB1KASB2KHKMKA2.點(diǎn)動+連續(xù)運(yùn)行的控制電路II方法二：加中間繼電器（KA）線圈KA通電電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)按下SB電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)松開SB電機(jī)停轉(zhuǎn)SB：點(diǎn)動SB2：連續(xù)運(yùn)行點(diǎn)動+連續(xù)運(yùn)行控制規(guī)律：

電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行與點(diǎn)動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是自鎖觸點(diǎn)是否接入：若能實(shí)現(xiàn)自鎖，則電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；若斷開自鎖回路，則電動機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。

以下控制電路能否實(shí)現(xiàn)即能點(diǎn)動、又能連續(xù)運(yùn)行思考不能點(diǎn)動！KMSB1KMSB2KHSBKM1FUQSKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通電閉合再按SB2閉合通電閉合閉合1.控制順序：M1起動后M2才能起動。M2既不能單獨(dú)起動，也不能單獨(dú)停車。M1轉(zhuǎn)動3.電機(jī)的順序控制M2轉(zhuǎn)動....M13~這樣的順序控制是否合理？

兩電機(jī)各自要有獨(dú)立的電源；這樣接，主觸頭(KM1)的負(fù)荷過重。KM1KM2M23~思考

例1：兩條皮帶運(yùn)輸機(jī)分別由兩臺鼠籠異步電動機(jī)拖動，由一套起停按鈕控制它們的起停。為避免物體堆積在運(yùn)輸機(jī)上，要求電動機(jī)按下述順序起動和停止：起動時:M1起動后M2才能起動；停車時:M2停車后M1才能停車。應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)控制？起動：KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1通電通電閉合閉合SBKM1FR1

例：兩條皮帶運(yùn)輸機(jī)分別由兩臺鼠籠異步電動機(jī)拖動，由一套起停按鈕控制它們的起停。為避免物體堆積在運(yùn)輸機(jī)上，要求電動機(jī)按下述順序起動和停止：起動時:M1起動后M2才能起動；停車時:M2停車后M1才能停車。應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)控制？KM2SBKM2FR2KM1停止：斷電斷電斷開斷開順序控制的控制規(guī)律：當(dāng)要求甲接觸器工作后方允許乙接觸器工作，則在乙接觸器線圈電路中串入甲接觸器的常開觸點(diǎn)。當(dāng)要求乙接觸器線圈斷電后方允許甲接觸器線圈斷電，則將乙接觸器的常開觸點(diǎn)并聯(lián)在甲接觸器的停止按鈕兩端。2.2籠型異步電機(jī)串電阻降壓起動控制線路(a):KM1線圈及KT線圈始終得電，既不安全也無必要。(b):在KM2得電后，用其常閉觸點(diǎn)斷開KM1及KT線圈，同時KM2自鎖。工作過程2.3鼠籠式電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制線路

將電動機(jī)接到電源的任意兩根線對調(diào)一下，即可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。

當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器工作時，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；

當(dāng)反轉(zhuǎn)接觸器工作時，將電動機(jī)接到電源的任意兩根聯(lián)線對調(diào)一下，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。需要用兩個接觸器來實(shí)現(xiàn)這一要求。SBF和SBR決不允許同時按下，否則造成電源兩相短路。(1)正反轉(zhuǎn)的控制線路：3~MFRFU正轉(zhuǎn)觸點(diǎn)KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正轉(zhuǎn)接觸器正轉(zhuǎn)按鈕

正反轉(zhuǎn)控制電路必須保證正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)接觸器不能同時動作。反轉(zhuǎn)接觸器SBRKMRKMR..........反轉(zhuǎn)按鈕反轉(zhuǎn)觸點(diǎn)按下SBFSBKMF

在同一時間內(nèi)，兩個接觸器只允許一個通電工作的控制作用，稱為“互鎖”，也稱“聯(lián)鎖”?！奥?lián)鎖”觸點(diǎn)利用接觸器的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱電氣聯(lián)鎖。

缺點(diǎn)：改變轉(zhuǎn)向時必須先按停止按鈕。解決措施：在控制電路中加入機(jī)械聯(lián)鎖。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通電斷開斷電電機(jī)正轉(zhuǎn)閉合機(jī)械聯(lián)鎖電氣聯(lián)鎖利用復(fù)合按鈕的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱為：機(jī)械聯(lián)鎖KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMRKMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時，按下反轉(zhuǎn)按鈕SBR先斷開斷電閉合通電斷開停止正轉(zhuǎn)閉合閉合電機(jī)反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖的控制規(guī)律當(dāng)要求甲接觸器工作時，乙接觸器就不能工作，此時應(yīng)在乙接觸器的線圈電路中串入甲接觸器的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)要求甲接觸器工作時乙接觸器不能工作，而乙接觸器工作時甲接觸器不能工作，此時應(yīng)在兩個接觸器的線圈電路中互串入對方的常閉觸點(diǎn)。正反轉(zhuǎn)控制線路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR

下圖所示的鼠籠式電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路中有幾處錯誤，請改正之。改錯2.4時間控制線路工作原理

對于正常運(yùn)行為三角形接法的電動機(jī)，在啟動時，定子繞組先接成星形，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再改成三角形接法。

KM3為星形連接接觸器，KM2為三角形連接接觸器。1.Y–

降壓起動2.Y–

降壓起動控制線路Y接法KM1KMFUQ接法KM2..KM2SB1SB2KTKMKM2KM1KM1KMKTKM2KTFRKM接通電源KM1—繞組Y連接KM2—繞組連接按SB2KT通電常開延時閉合常閉延時斷開繞組Y接常開閉合（自鎖）KM1通電松開SB2,電機(jī)仍處于Y接起動狀態(tài)。..KM2SB1SB2KTKMKM2KM1KM1KMKTKM2KTFR通電斷電通電常閉斷開通電KM通電起動過程：KM接通電源KM1—繞組Y連接KM2—繞組連接..KM2SB1SB2KTKMKM2KM1KM1KMKTKM2KTFR通電通電通電KT延時時間到：KM1常閉閉合KM2通電常閉斷開KT斷電電機(jī)接運(yùn)行繞組接KT常閉觸點(diǎn)延時斷開，常開觸點(diǎn)延時閉合:KM1斷電斷電通電斷電工作過程2.6行程控制線路KMRM3~ABCKMFFUQSKH行程控制：控制某些機(jī)械的行程，當(dāng)運(yùn)動部件到達(dá)一定行程位置時利用行程開關(guān)進(jìn)行控制。

行程控制實(shí)質(zhì)為電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，只是在行程的終端要加限位開關(guān)。行程控制電路（I）

控制回路KMFKHKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位開關(guān)至右極端位置撞開STA

動作過程SB2正向運(yùn)行電機(jī)停車（反向運(yùn)行同樣分析）工作要求：1.能正向運(yùn)行也能反向運(yùn)行2.到位后能自動返回正程逆程行程控制(II)--自動往復(fù)運(yùn)動前進(jìn)(正轉(zhuǎn)）后退12按SB2時KMF通電(STB常開的閉合，常閉的斷開)KMF斷電KMR通電行程開關(guān)擋塊電機(jī)正轉(zhuǎn)工作臺前進(jìn)到達(dá)預(yù)定位置，擋塊1撞擊STBSBKMRSB2KMFKMFKMRKMFKMRSBR停止正轉(zhuǎn)

電機(jī)反轉(zhuǎn)(工作臺后退)(KMF常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開)一、基本控制規(guī)律(環(huán)節(jié))(一)根據(jù)邏輯關(guān)系實(shí)際的電氣控制線路雖然復(fù)雜，但很大一部分都是常開與常閉觸頭的組合。掌握了這些觸頭的組合規(guī)律，就可以給分析電路提供一定的方便，這些觸頭的組合規(guī)律實(shí)際上反映繼電器或接觸器線圈與這些觸頭之間的某種邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)這種關(guān)系的控制環(huán)節(jié)就是一種基本控制環(huán)節(jié)。

第三節(jié)電氣控制線路的分析方法(b)控制線路實(shí)例1．邏輯“與”關(guān)系

當(dāng)幾個條件都必須具備，接觸器線圈才得電時，可采用常開按鈕(或觸頭)串聯(lián)接法來組成控制線路（如順序控制等）圖（b）顯示出了繼電控制線路中“與”運(yùn)算的實(shí)例，它表示觸點(diǎn)的串聯(lián)。若規(guī)定觸點(diǎn)接通為“1”，斷開為“0”，線圈通電為“1”，斷電為“0”，則可以寫出KM＝KA1×KA2，只有觸點(diǎn)KA1、KA2均接通，接觸器線圈KM能通電。（b）控制線路實(shí)例（b）顯示出了繼電控制線路中“或”運(yùn)算的實(shí)例，它表示觸點(diǎn)的并聯(lián)，可寫成KM＝KA1+KA2，當(dāng)觸點(diǎn)KA1或KA2接通，或者KA1和KA2都接通時，接觸器線圈都可通電。2．邏輯“或”關(guān)系

當(dāng)幾個條件中有一個條件滿足控制要求，接觸器線圈就可得電時，可以采用幾個常開按鈕(或觸頭)并聯(lián)接法來組成控制線路（如自鎖、多點(diǎn)啟動環(huán)節(jié)等）３．邏輯“非”關(guān)系

若當(dāng)某個條件滿足時，接觸器線圈不得電(失電)，則可采用常閉按鈕(或觸頭)串聯(lián)接入該線圈電路中的接法來組成控制線路（如互鎖、制約控制等）

b）示出了繼電控制線路中“非”運(yùn)算的實(shí)例，通常稱KA為原變量，為反變量，它們是一個變量的兩種形式，如同一個繼電器的一對常開、常閉觸點(diǎn)，在向各自相補(bǔ)的狀態(tài)切換時同步動作。圖（b）中，觸點(diǎn)KA的取值與線圈KM的取值相同，而KM1與繼電器的常閉觸點(diǎn)的取值相同，所以，故實(shí)現(xiàn)了非運(yùn)算。（b）控制線路實(shí)例(二)根據(jù)控制原則

根據(jù)變化參量進(jìn)行控制——“根據(jù)控制原則”就形成了一些典型的基本控制環(huán)節(jié)１．行程原則２．時間原則３．速度原則４．電流原則二、電氣控制線路的分析步驟首先要對生產(chǎn)機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動型式、工藝要求及操作過程等進(jìn)行全面的了解然后由此出發(fā)，明確對其控制線路的要求，在此基礎(chǔ)上去分析控制線路?？刂凭€路的分析，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行①主電路分析：看生產(chǎn)機(jī)械由幾臺電動機(jī)拖動，各拖動電動機(jī)作何用，負(fù)責(zé)何種運(yùn)動，它們的拖動特點(diǎn)是什么，有何要求，各電動機(jī)的保護(hù)情況如何，等等。②根據(jù)對主電路的分析，按“化整為零看電路”的方法找出各“典型的基本控制環(huán)節(jié)”，然后再進(jìn)行逐一分析。因?yàn)槿魏螐?fù)雜的電氣控制線路，基本上都是由若干個“典型的基本控制環(huán)節(jié)”組成的。

③分析清楚各“基本控制環(huán)節(jié)”后，再根據(jù)機(jī)械、液壓、電氣三者的配合及運(yùn)動順序的要求，分析其各環(huán)節(jié)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，即：機(jī)械手柄與電器元件的關(guān)系；液壓系統(tǒng)與電氣控制的關(guān)系；運(yùn)動機(jī)構(gòu)與電器元件的關(guān)系等。④根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的必要保護(hù)功能，分析其相應(yīng)的保護(hù)電路，如，短路保護(hù)，過載保護(hù)，過流保護(hù)，失壓過壓保護(hù)，極限保護(hù)，誤操作保護(hù)等。⑤按照“積零為整看全部”的方法縱觀全電路，進(jìn)行整體分析。抓住電氣控制的特點(diǎn)，深刻理解并分析各電器元件的作用，以期完全掌握分析的基本方法，養(yǎng)成分析的習(xí)慣。

例22-4電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法

任何生產(chǎn)機(jī)械電氣的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括兩個基本方面(1)一個是滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的各種控制要求，決定一臺設(shè)備的使用效能和自動化程度(2)另一個是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用及維修的需要,決定電氣控制設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、外觀和維修等方面的性能。2.4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則就是：在最大程度滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運(yùn)行安全、可靠、動作準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)，電動機(jī)及電氣元件選用合理，操作、安裝、調(diào)試和維修方便。2.4.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在傳動形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動形式與控制方案的具體化。其設(shè)計(jì)靈活多變，沒有固定的方法和模式，即使是同一個電路的功能結(jié)構(gòu)，不同人員設(shè)計(jì)出來的線路可能完全不同。因此，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該隨時發(fā)現(xiàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷豐富和拓寬思路，才能做出最為合理的設(shè)計(jì)。一般情況下，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求，線路要安全可靠，操作和維護(hù)方便，設(shè)備投資少等。因此，要求控制電路的設(shè)計(jì)必須正確，并能合理地選擇電器元件。一般在設(shè)計(jì)時應(yīng)該滿足以下要求。

最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對電氣控制線路的要求

首先要對生產(chǎn)要求、機(jī)械設(shè)備的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際加工情況有充分了解。生產(chǎn)工藝要求一般是由機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供的，實(shí)際執(zhí)行時有些地方可能會有些差異，這就需要電氣設(shè)計(jì)人員深入現(xiàn)場對同類或接近的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查、分析和綜合，從而作為設(shè)計(jì)電氣控制線路的依據(jù)。并在此基礎(chǔ)上考慮控制方式，啟動、反向、制動及調(diào)速的要求，設(shè)置各種聯(lián)鎖及保護(hù)裝置。2.在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟(jì)

(1)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的環(huán)節(jié)和線路。

(2)盡量減少電器數(shù)量，采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同型號的電器元件，以減少備用量。

電器連接圖

(2)盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。

設(shè)計(jì)控制線路時，應(yīng)合理安排各電器的位置、考慮各個元件之間的實(shí)際接線。要注意電氣柜、操作臺和限位開關(guān)之間的連接線，如圖3.1(a)和圖3.1(b)所示，僅從控制線路上分析，沒有什么不同，但若考慮實(shí)際接線，圖3.1(a)就明顯不合理，因?yàn)榘粹o在操作臺上，而接觸器在電氣柜內(nèi)，這樣就需要由電氣柜二次引出較長的連接線到操作臺的按鈕上。而圖

3.1(b)的連接是將啟動按鈕和停止按鈕直接連接，這樣就可以減少一次引出線，減少布線的麻煩和導(dǎo)線的使用數(shù)量。特別要注意，同一電器的不同觸頭在線路中應(yīng)盡可能具有更多的公共接線，這樣可以減少導(dǎo)線數(shù)和縮短導(dǎo)線的長度。(4)盡量減少不必要的觸頭，簡化控制線路以減小控制線路的故障率，提高系統(tǒng)工作的可靠性。為此可采用以下4種方法。①合并同類觸頭。如圖3.2所示，在獲得同樣功能的情況下，圖3.2(b)比圖3.2(a)在電路中減少了一對觸頭。但是在合并觸頭時應(yīng)注意觸頭對額定電流值的限制。圖3.2同類觸頭的合并②利用轉(zhuǎn)換觸頭。利用具有轉(zhuǎn)換觸頭的中間斷電器，將兩觸頭合并成一對轉(zhuǎn)換觸頭，如圖3.3所示。圖3.3轉(zhuǎn)換觸頭的應(yīng)用圖3.4利用二極管等效③利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦詠碛行p少觸頭數(shù)，如圖3.4所示。對于弱電電氣控制電路，這樣做既經(jīng)濟(jì)又可靠。④利用邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡，以便得到最簡化的線路。

(5)線路在工作時，除必要的電路必須通電外，其余的盡量不通電以節(jié)約電能，并延長電路的使用壽命。由圖3.5(a)可知，接觸器KM2得電后，接觸器KM1和時間繼電器KT就失去了作用，不必繼續(xù)通電，但它們?nèi)蕴幱趲щ姞顟B(tài)。圖3.5(b)線路比較合理。在KM2得電后，就切斷了KM1和KT的電源，節(jié)約了電能，并延長了該電器的壽命。(2)正確連接電器的線圈。

在交流控制電路中不能串聯(lián)接入兩個電器的線圈，即使外加電壓是兩個線圈額定電壓之和，也是不允許的，如圖3.6(a)所示。因?yàn)槊總€線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，兩個電器動作總是有先有后，不能同時吸合。若接觸器KM1先吸合，線圈電感顯著增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM2的阻抗大，因而在該線圈上的電壓降增大，使KM2的電壓達(dá)不到動作電壓。因此，若需兩個電器同時動作時，其線圈應(yīng)該并聯(lián)連接，如圖

3.6(b)所示。

3.保證控制線路工作的可靠性

(1)選用的電器元件要可靠、抗干擾性能好。

在直流控制電路中，對于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動機(jī)勵磁線圈等，不宜與相同電壓等級的繼電器直接并聯(lián)工作。如圖

3.7(a)所示，當(dāng)觸頭KM斷開時，電磁鐵YA線圈兩端產(chǎn)生大的感應(yīng)電動勢，加在中間繼電器KA的線圈上，造成KA的誤動作。為此在YA線圈兩端并聯(lián)放電電阻R，并在KA支路中串入KM常開觸頭，如圖3.7(b)所示，這樣就能獲得可靠工作。

(3)在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通大容量接觸器的線路時，要計(jì)算繼電器觸頭斷開或接通容量是否足夠，不夠時必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。

(4)在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器應(yīng)選加重型的接觸器，同時應(yīng)有電氣和機(jī)械的聯(lián)鎖。

圖3.9觸頭的連接(5)在線路中應(yīng)盡量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器的控制線路。圖3.9(a)中的繼電器K4需要在K1、K2、K3相繼動作后才接通。改為如圖3.9(b)所示的接線形式，每一繼電器的接通只需經(jīng)過一對觸頭，工作可靠性大大提高了。

(6)防止觸頭競爭現(xiàn)象。圖3.10(a)為用時間繼電器的反身關(guān)閉電路。當(dāng)時間繼電器KT的常閉觸頭延時斷開后，時間繼電器KT線圈失電，又使經(jīng)ts秒延時斷開的常閉觸頭閉合，以及經(jīng)t1秒瞬時動作的常開觸頭斷開。若ts＞t1，則電路能反身關(guān)閉；若ts＜t1則繼電器KT再次吸合，這種現(xiàn)象就是觸頭競爭。在此電路中，增加中間繼電器KA便可以解決，如圖3.10(b)所示。圖3.10反身自停電路

(7)設(shè)計(jì)的線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)容量的大小，電壓頻率的波動范圍，以及允許的沖擊電流數(shù)值等。據(jù)此決定電動機(jī)的啟動方式是直接啟動還是間接(降壓)啟動。

圖3.11寄生電路(8)防止寄生電路。控制電路在正常工作或事故情況下，發(fā)生意外接通的電路叫寄生電路。若控制電路中存在寄生電路，將破壞電器和線路的工作順序，造成誤動作。圖3.11所示電路在正常工作時能完成正、反向啟動，停止時信號指示，但當(dāng)熱繼電器FR動作時，線路出現(xiàn)了寄生電路，如圖3.11中虛線所示，使正向接觸器KMl不能釋放，起不了保護(hù)作用。4.控制線路工作的安全性

電氣控制線路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，用以保護(hù)電網(wǎng)、電動機(jī)、控制電器以及其他電器元件，消除不正常工作時的有害影響，避免因誤操作而發(fā)生事故。在自動控制系統(tǒng)中，常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超限、極限等。這些內(nèi)容已在第2章中作了介紹。5.保證操作、安裝、調(diào)整、維修方便和安全

為了使電器設(shè)備維修方便，使用安全，電器元件應(yīng)留有備用觸頭，必要時應(yīng)留有備用電器元件，以便檢修調(diào)整改接線路；應(yīng)設(shè)置隔離電器，以免帶電檢修?？刂茩C(jī)構(gòu)應(yīng)操作簡單，能迅速而方便地由一種控制形式轉(zhuǎn)換到另一種控制形式，例如由手動控制轉(zhuǎn)換到自動控制。

為避免帶電維修，每臺設(shè)備均應(yīng)裝有隔離開關(guān)。根據(jù)需要可設(shè)置手動控制及點(diǎn)動控制，以便于調(diào)整設(shè)備。必要時可設(shè)多點(diǎn)控制開關(guān)，使操作者可在幾個位置均能控制設(shè)備。需要注意的是裝有手動電器的控制線路和帶行程開關(guān)的控制線路，一定要有零壓保護(hù)環(huán)節(jié)，以避免由于斷電時手動開關(guān)沒扳到分?jǐn)辔恢没蛐谐涕_關(guān)恰好被壓動，在恢復(fù)供電時造成意外事故。還要注意實(shí)際上總有誤操作的可能性，在控制線路中應(yīng)該加入必要的聯(lián)鎖保護(hù)2.4.1.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

電氣設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)和編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必需的各種圖紙、資料，其中包括電氣系統(tǒng)的組件劃分與元器件布置圖、安裝接線圖、電氣原理圖、控制面板布置圖等，編制設(shè)備清單、電氣控制系統(tǒng)操作使用及維護(hù)說明書等資料。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含原理設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)兩部分。1.原理設(shè)計(jì)內(nèi)容電氣原理設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，它是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)，電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下部分。

(1)擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書。

(2)確定拖動方案，選擇所用電動機(jī)的型號。

(3)確定系統(tǒng)的整體控制方案。

(4)設(shè)計(jì)并繪制電氣原理圖。

(5)計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)并選擇電氣元件。

(6)編寫元件目錄清單及設(shè)計(jì)說明書，為工程技術(shù)人員的使用提供方便。工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于組織電氣控制系統(tǒng)的制造，實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)、使用提供必要的圖樣資料。工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下。

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖及所選用的電器元件，設(shè)計(jì)繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖?？傃b配圖應(yīng)能反映各電動機(jī)、執(zhí)行電器、各種電器元件、操作臺布置、電源及檢測元件的分布狀況；總接線圖應(yīng)能反映系統(tǒng)中的電器元件各部分之間的接線關(guān)系與連接方式。

2.工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容(2)根據(jù)原理框圖和劃分的組件，對總原理圖進(jìn)行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部分的元件目錄表，并根據(jù)總圖編號統(tǒng)計(jì)出各組件的進(jìn)出線號。

(3)根據(jù)組件原理電路及選定的元件目錄表，設(shè)計(jì)組件裝配圖(電器元件布置與安裝圖)、接線圖，圖中應(yīng)反映各電器元件的安裝方式與接線方式。這些資料是組件裝配和生產(chǎn)管理的依據(jù)。

(4)根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件圖，標(biāo)明技術(shù)要求。這些圖樣是機(jī)械加工和外協(xié)作加工所必需的技術(shù)資料。

(5)設(shè)計(jì)電氣原理圖。根據(jù)組件尺寸及安裝要求確定電氣柜結(jié)構(gòu)與外形尺寸，設(shè)置安裝支架，標(biāo)明安裝尺寸、面板安裝方式、各組件的連接方式、通風(fēng)散熱以及開門方式。在電氣原理圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意操作維護(hù)方便與造型美觀。

(6)根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖資料進(jìn)行匯總，分別列出外購件清單，標(biāo)準(zhǔn)件清單以及主要材料消耗定額。這些是生產(chǎn)管理(如采購、調(diào)度、配料等)和成本核算所必須具備的技術(shù)資料。

(7)編寫使用維護(hù)說明書。2.4.1.3電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟根據(jù)電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟如下。

(1)擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書是整個電氣設(shè)計(jì)的依據(jù)，任務(wù)書中除扼要說明所設(shè)計(jì)設(shè)備的型號、用途、加工工藝、動作要求、傳動參數(shù)及工作條件外，還要說明以下主要技術(shù)指標(biāo)及要求。①控制精度和生產(chǎn)效率的要求。②電氣傳動基本特性，如運(yùn)動部件數(shù)量、用途、動作順序、負(fù)載特性、調(diào)速指標(biāo)、啟動、制動方面的要求。③穩(wěn)定性及抗干擾要求。④聯(lián)鎖條件及保護(hù)要求。⑤電源種類、電壓等級。⑥目標(biāo)成本及經(jīng)費(fèi)限額。⑦驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方式。⑧其他要求，如設(shè)備布局、安裝要求、操作臺布置、照明、信號指示、報(bào)警方式等。

(2)確定拖動(傳動)方案、選擇電動機(jī)型號。根據(jù)零件加工精度、加工效率、生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動部件的數(shù)量、運(yùn)動方式、負(fù)載性質(zhì)和調(diào)速等方面的要求以及投資額的大小，確定電動機(jī)的類型、數(shù)量、拖動方式，并擬定電動機(jī)的啟動、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制方案。在這里，電動機(jī)的選擇非常重要，選擇電動機(jī)的基本原則如下。①電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與負(fù)載特性相適應(yīng)，以保證加工過程中運(yùn)行穩(wěn)定并具有一定的調(diào)速范圍與良好的啟動、制動性能。

②工作過程中電動機(jī)容量能得到充分利用。③電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)計(jì)提出的安裝要求，并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。④在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下、應(yīng)優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、使用和維護(hù)方便的三相交流異步電動機(jī)。如果生產(chǎn)設(shè)備的各部分之間不需要保證一定的內(nèi)在聯(lián)系，則可采用多臺電動機(jī)分別拖動的方式，以縮短設(shè)備的傳動鏈，提高傳動效率，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)。

(3)確定控制方案。為了保證設(shè)備協(xié)調(diào)準(zhǔn)確動作，充分發(fā)揮其效能，在確定控制方案時，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)。①確定控制方式。根據(jù)控制設(shè)備復(fù)雜程度及生產(chǎn)工藝精度要求的不同，可以選擇幾種不同的控制方式。例如：繼電接觸控制、順序控制、PLC控制、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制等。②滿足控制線路對電源種類、工作電壓、頻率等方面的要求。③構(gòu)成自動循環(huán)。畫出設(shè)備工作循環(huán)簡圖，確定行程開關(guān)的位置。如在電液控制時要確定電磁鐵和電磁閥的通斷狀態(tài)，列出上述電器元件與執(zhí)行動作的關(guān)系表。

④確定控制系統(tǒng)的工作方法。一臺設(shè)備可能有不同的工作方式，例如自動循環(huán)、手動調(diào)整、動作程序轉(zhuǎn)換及控制系統(tǒng)中的檢測等，需逐個予以實(shí)現(xiàn)。

⑤妥善考慮聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)。聯(lián)鎖關(guān)系及電氣保護(hù)是保證設(shè)備運(yùn)行、操作相互協(xié)調(diào)及正常執(zhí)行的條件，所以在制定控制方案時，必須全面考慮設(shè)備運(yùn)動規(guī)律和各動作的制約關(guān)系，完善保護(hù)措施。(4)畫出電氣控制線路原理圖。

(5)選擇電器元件，制定電機(jī)和電器元件明細(xì)表。

(6)設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺、電氣安裝板，畫出電機(jī)和電器元件的總體布置圖。(7)繪制電氣控制線路裝配圖及接線圖。

(8)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書和使用說明書。

(4)正確選用原理線路中每一個電器元件，并制訂元器件目錄清單。對于比較簡單的控制線路，例如普通機(jī)械或非標(biāo)設(shè)備的電氣配套設(shè)計(jì)，可以省略前兩步直接進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)和選用電器元件。但對于比較復(fù)雜的自動控制線路，生產(chǎn)機(jī)械或者采用微機(jī)或電子控制的專用檢測與控制系統(tǒng)，要求有程序預(yù)選和一定的加工精度、生產(chǎn)效率、自動顯示、各種保護(hù)、故障診斷、報(bào)警應(yīng)按上述4步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證總裝調(diào)試的順利進(jìn)行。電氣原理設(shè)計(jì)的方法主要有分析設(shè)計(jì)法(又稱經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法)和邏輯設(shè)計(jì)法兩種，下面將分別介紹。

2.4.1.1分析設(shè)計(jì)法

所謂分析設(shè)計(jì)法指根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)(單元電路)或?qū)⒔?jīng)過考驗(yàn)的成熟電路按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補(bǔ)充和修改，以綜合成滿足控制要求的完整線路。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)，將主令信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號。設(shè)計(jì)過程中，要隨時增減元器件和改變觸頭的組合方式，以滿足拖動系統(tǒng)的工作條件和控制要求，經(jīng)過反復(fù)修改得到理想的控制線路。

電氣原理設(shè)計(jì)的方法主要有分析設(shè)計(jì)法(又稱經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法)和邏輯設(shè)計(jì)法兩種，下面將分別介紹。1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟一般的生產(chǎn)機(jī)械電氣控制電路設(shè)計(jì)包括主電路、控制電路和輔助電路等的設(shè)計(jì)。

1)主電路的設(shè)計(jì)主要考慮電動機(jī)的啟動、點(diǎn)動、正反轉(zhuǎn)、制動及多速電動機(jī)的調(diào)速。

2)控制電路的設(shè)計(jì)主要考慮如何滿足電動機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能及生產(chǎn)工藝要求，包括實(shí)現(xiàn)加工過程自動或半自動的控制等。

3)輔助電路的設(shè)計(jì)主要考慮如何完善整個控制電路的設(shè)計(jì)，包括短路、過載、零壓、聯(lián)鎖、照明、信號、充電測試等各種保護(hù)環(huán)節(jié)。

4)反復(fù)審核電路是否滿足設(shè)計(jì)原則在條件允許的情況下，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，直至電路動作準(zhǔn)確無誤，并逐步完善整個電器控制電路的設(shè)計(jì)。在具體的設(shè)計(jì)過程中常有兩種作法：

(1)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，適當(dāng)選用現(xiàn)有的典型環(huán)節(jié)。將它們有機(jī)地組合起來，并加以補(bǔ)充修改，綜合成所需要的控制線路。

(2)在找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)工藝要求自行設(shè)計(jì)電器元件和觸頭，以滿足給定的工作條件。2.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)(1)這種方法易于掌握，使用很廣，但一般不易獲得最佳設(shè)計(jì)方案。(2)要求設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)．在設(shè)計(jì)過程中往往會因考慮不周發(fā)生差錯，影響電路的可靠性。(3)當(dāng)線路達(dá)不到要求時，多用增加觸頭或電器數(shù)量的方法來加以解決，所以設(shè)計(jì)出的線路常常不是最簡單經(jīng)濟(jì)的。(4)需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)草圖，設(shè)計(jì)速度較慢。(5)一般需要進(jìn)行模擬試驗(yàn)。(6)設(shè)計(jì)程序不固定。以龍門刨床橫梁升降控制線路為例說明(一)橫梁升降機(jī)構(gòu)的工藝要求①由于機(jī)床加工工件位置的高低不同，因此，要求橫梁能作上升、下降的調(diào)整運(yùn)動。②為了保證機(jī)床能夠進(jìn)行加工，橫梁在立柱上必須有夾緊裝置，在移動前，首先將橫梁放松，然后再移動到所需位置，到位后，隨即自動夾緊。所以，橫梁的上升、下降和夾緊、放松應(yīng)分別由兩臺電動機(jī)驅(qū)動。③橫梁的夾緊與橫梁移動之間必須遵循以下操作程序：橫梁上升時，應(yīng)能自動按照橫梁放松→橫梁上升→橫梁夾緊的順序動作。橫梁下降時，應(yīng)能自動按照橫梁放松→橫梁下降→橫梁夾緊的順序動作。橫梁夾緊后電動機(jī)自動停止運(yùn)動。④橫梁夾緊與橫梁移動之間及正反向運(yùn)動之間應(yīng)有必要的聯(lián)鎖。

（二）主電路設(shè)計(jì)

橫梁移動和橫梁夾緊需用兩臺異步電動機(jī)拖動采用接觸器KM1和KM2來控制電動機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)橫梁的上升、下降的運(yùn)動。采用接觸器KM3和KM4來控制電動機(jī)M2的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)橫梁的夾緊與放松。（三）控制電路設(shè)計(jì)

按以下幾個步驟進(jìn)行1.設(shè)計(jì)基本控制電路２．選擇控制參量，確定控制原則3．連鎖保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)(1)這種方法易于掌握，使用很廣，但一般不易獲得最佳設(shè)計(jì)方案。(2)要求設(shè)計(jì)者具有一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)．在設(shè)計(jì)過程中往往會因考慮不周發(fā)生差錯，影響電路的可靠性。(3)當(dāng)線路達(dá)不到要求時，多用增加觸頭或電器數(shù)量的方法來加以解決，所以設(shè)計(jì)出的線路常常不是最簡單經(jīng)濟(jì)的。(4)需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)草圖，設(shè)計(jì)速度較慢。(5)一般需要進(jìn)行模擬試驗(yàn)。(6)設(shè)計(jì)程序不固定。

由以上設(shè)計(jì)過程可知，掌握較多的典型環(huán)節(jié)和具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對設(shè)計(jì)工作會大有益處，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐是能較快地掌握該設(shè)計(jì)方法的。因此一般設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是易于掌握，但存在以下的缺點(diǎn)：４．電路的完善和校核由以上設(shè)計(jì)過程可知，掌握較多的典型環(huán)節(jié)和具有較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對設(shè)計(jì)工作會大有益處，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐是能較快地掌握該設(shè)計(jì)方法的。因此一般設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是易于掌握，但存在以下的缺點(diǎn)：①在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)畫出來的線路達(dá)不到要求時，往往用增加電器元件或觸點(diǎn)數(shù)量的方法加以解決，所以設(shè)計(jì)的線路不一定是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的。②設(shè)計(jì)中可能因?yàn)榭紤]不周而發(fā)生錯誤，影響線路的可靠性和工作性能。③設(shè)計(jì)中需要反復(fù)修改草圖，設(shè)計(jì)速度慢，工作效率低。④設(shè)計(jì)程序不固定。所以一般設(shè)計(jì)法只適用于簡單控制線路的設(shè)計(jì)

2.4.1.3經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中的簡單設(shè)計(jì)法1.簡單設(shè)計(jì)法的介紹簡單設(shè)計(jì)法遵從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的主要原則,利用邏輯設(shè)計(jì)法中繼電器開關(guān)邏輯函數(shù),把控制對象的啟動信號、關(guān)斷信號及約束條件找出,即可設(shè)計(jì)控制電路.2.邏輯設(shè)計(jì)法中的繼電器開關(guān)邏輯函數(shù)繼電器開關(guān)邏輯函數(shù)是電氣控制對象的典型代表邏輯函數(shù)為若把KA替換成一般控制對象K,啟動/關(guān)斷信號換成一般形式X,則開關(guān)邏輯函數(shù)的一般形式為擴(kuò)展到一般控制對象:X開為控制對象的開啟信號,應(yīng)該取在開啟邊界線上發(fā)生狀態(tài)改變的邏輯變量X關(guān)為控制對象的關(guān)斷信號,應(yīng)該取在關(guān)閉邊界線上發(fā)生狀態(tài)改變的邏輯變量在線路圖中使用觸點(diǎn)K為輸出對象本身的常開觸點(diǎn),屬于控制對象的內(nèi)部反饋邏輯變量,起自鎖作用.注意:X開和X關(guān)一般選短信號,這樣可以有效防止啟/停信號的波動,保證系統(tǒng)的可靠性簡單設(shè)計(jì)法舉例2:現(xiàn)在三臺電機(jī)M1、M2、M3,要求啟動順序?yàn)?先啟動M1,經(jīng)過5秒后啟動M2,再經(jīng)過10秒后啟動M3;停車要求:先停M3,經(jīng)過8秒后再停M2,再經(jīng)過6秒后停M1。三臺電機(jī)使用的接觸器分別為KM1、KM2和KM3。試設(shè)計(jì)該三臺電動機(jī)的啟/?？刂凭€路。題目分析:該系統(tǒng)有一個啟動按鈕(SB1)和一個停止按鈕(SB2),另外要用四個時間繼電器KT1、KT2、KT3和KT4.其定時時間依次為5S、10S、8S和6S.工作順序圖為:解題分析:從上圖中可以看出:M1的啟動信號為SB1,停止信號為KT4計(jì)時到;M2的啟動信號為KT1計(jì)時到,停止信號為KT3計(jì)時到;M3的啟動信號為KT2計(jì)時到,停止信號為SB2。KT1的啟動信號為SB1,斷電信號為KM2得電;KT2的啟動信號為KT1計(jì)時到,停止信號為KM2得電;KT3的啟動信號為SB2,停止信號為KT3計(jì)時到;KT4的啟動信號為KT3計(jì)時到,KT4的啟動信號為KT4計(jì)時到.注意:在設(shè)計(jì)時,考慮到啟、停信號要用短信號以及本著節(jié)約原則,所以要注意對定時器及時復(fù)位。簡單設(shè)計(jì)法例2:2.4.1.3邏輯設(shè)計(jì)法

用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)繼電接觸式控制線路，對于同一個工藝要求往往會設(shè)計(jì)出各種不同結(jié)構(gòu)的控制線路，并且較難獲得最簡單的線路結(jié)構(gòu)。通過多年的實(shí)踐和總結(jié)，工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，繼電器控制線路中的各種輸入信號和輸出信號通常只有兩種狀態(tài)：通電和斷電。而早期的控制系統(tǒng)基本上是針對順序動作而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，于是提出了邏輯設(shè)計(jì)的思想。

所謂邏輯設(shè)計(jì)法就是從系統(tǒng)的工藝過程出發(fā)，將控制線路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電，觸頭的閉合與斷開，以及主令元件的接通與斷開等看成邏輯變量，并將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律對邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡，然后按化簡后的邏輯函數(shù)式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，使之成為“與”、“或”、“非”的最簡關(guān)系式，根據(jù)最簡式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再做進(jìn)一步的檢查和完善，得到所需的控制線路。1.繼電接觸式控制線路中邏輯變量的處理一般在控制線路中，電器的線圈或觸頭的工作存在著兩個物理狀態(tài)。對于接觸器、繼電器的線圈是通電與斷電；對于觸頭是閉合與斷開。在繼電接觸式控制線路中，每一個接觸器或繼電器的線圈、觸頭以及控制按鈕的觸頭都相當(dāng)于一個邏輯變量，它們都具有兩個對立的物理狀態(tài)，故可采用“邏輯0”和“邏輯1”來表示。任何一個邏輯問題中，“0”狀態(tài)和“1”狀態(tài)所代表的意義必須做出明確的規(guī)定，在繼電接觸式控制線路邏輯設(shè)計(jì)中規(guī)定如下。

(1)對于繼電器、接觸器、電磁鐵、電磁閥、電磁離合器等元件的線圈，通常規(guī)定通電為“1”狀態(tài)，失電則規(guī)定為“0”狀態(tài)。

(2)對于按鈕、行程開關(guān)元件，規(guī)定壓下時為“1”狀態(tài)，復(fù)位時為“0”狀態(tài)。

(3)對于元件的觸頭，規(guī)定觸頭閉合狀態(tài)為“1”狀態(tài)，觸頭斷開狀態(tài)為“0”狀態(tài)。分析繼電器、接觸器控制電路時，元件狀態(tài)常以線圈通電或斷電來判定。該元件線圈通電時，其本身的常開觸頭(動合觸頭)閉合，而其本身的常閉觸頭(動斷觸頭)斷開。因此，為了清楚地反映元件狀態(tài)，元件的線圈和其常開觸頭的狀態(tài)用同一字符來表示，而其常閉觸頭的狀態(tài)用該字符的“非”來表示。例如對于接觸器KM1來說，其常開觸頭的狀態(tài)用KM1表示，其常閉觸頭的狀態(tài)用則用表示。2.繼電接觸式控制線路中的基本邏輯運(yùn)算繼電接觸式控制線路中的基本邏輯運(yùn)算可以概括為3種：與、或、非。下面對這3種基本邏輯運(yùn)算做詳細(xì)分析。

1)繼電接觸式控制線路中的邏輯“與”如圖3.12所示，用邏輯“與”來解釋，只有當(dāng)K1和K2兩個觸頭全部閉合即都為“1”態(tài)時，接觸器線圈KM才能通電為“1”態(tài)。如果K1和K2兩個觸頭中有其中任一個觸頭斷開，則線圈KM就斷電。所以電路中觸頭串聯(lián)形式是邏輯“與”的關(guān)系。邏輯“與”的邏輯函數(shù)式為式(3-1)。

?????????????????????(3-1)

式(3-1)中，K1和K2均稱為邏輯輸入變量(自變量)，而KM稱為邏輯輸出變量。2)邏輯“或”如圖3.13所示，用邏輯“或”來解釋，當(dāng)觸頭K1和K2任意一個閉合時，則線圈KM通電即為“1”態(tài)，只有當(dāng)觸頭K1和K2都斷開時，線圈KM斷電即為“0”態(tài)。邏輯“或”的邏輯函數(shù)式為式(3-2)。

(3-2)圖3.12邏輯“與”電路圖3.13邏輯“或”電路

3)邏輯“非”邏輯“非”也稱邏輯“求反”。圖3.14表示元件狀態(tài)KA的常閉觸頭與觸發(fā)器KM線圈狀態(tài)的控制是邏輯非關(guān)系。其邏輯函數(shù)式為式(3-3)。

(3-3)圖3.14邏輯“非”電路

當(dāng)開關(guān)K合上，常閉觸頭的狀態(tài)為“0”，則KM＝0，線圈不通電，KM為“0”狀態(tài)；當(dāng)K打開，＝1，則KM＝1，線圈通電，接觸器閉合，KM為“1”狀態(tài)。在任何控制線路中，控制對象與控制條件之間都可以用邏輯函數(shù)式來表達(dá)，所以邏輯法不僅用于線路設(shè)計(jì)，也可以用于線路簡化和讀圖分析。3.邏輯設(shè)計(jì)法的一般步驟

(1)按工藝要求作出工作循環(huán)圖。

(2)按工作循環(huán)圖畫出主令元件、檢測元件和執(zhí)行元件等的狀態(tài)波形圖。

(3)根據(jù)狀態(tài)波形圖，列寫執(zhí)行元件(輸出元件)的邏輯函數(shù)式。

(4)根據(jù)邏輯函數(shù)式畫出電路結(jié)構(gòu)圖。

(5)進(jìn)一步檢查、化簡和完善電路，增加必要的聯(lián)鎖、保護(hù)等輔助環(huán)節(jié)。4.邏輯電路的設(shè)計(jì)方法邏輯電路的設(shè)計(jì)有組合邏輯電路設(shè)計(jì)和時序邏輯電路設(shè)計(jì)兩種方法。下面將分別介紹這兩種設(shè)計(jì)方法。

1)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)所謂組合邏輯電路是指執(zhí)行元件的輸出狀態(tài)只與同一時刻控制元件的狀態(tài)有關(guān)，輸入、輸出呈單方向關(guān)系，即只能由輸入量影響輸出量，而輸出量對輸入量無影響。以下以沖床的控制過程為例來說明如何進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。

(1)沖床的控制要求。為了保護(hù)沖床操作者的人身安全，采用在兩地有兩個人同時控制才能啟動沖床的方案，如圖3.15所示。線路中使用3個按鈕，分別為SB1、SB2、SB3，控制沖床電機(jī)的接觸器線圈為KM，同時按下SB1、SB2或同時按下SB2、SB3時，KM接通，其余情況下KM均不通電。(2)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟。①根據(jù)功能與要求列出元件狀態(tài)表，見表3-1。表3-1沖床的元件狀態(tài)表SB1SB2SB3f(KM)00001000010000101101011110101110②列出邏輯變量和輸出變量的邏輯代數(shù)式并化簡為式(3-4)。

(3-4)③根據(jù)邏輯代數(shù)式繪制控制電路，如圖3.15所示。④檢查、完善所設(shè)計(jì)的線路。主要檢查是否存在寄生電路及觸頭競爭，然后繪制主電路并加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。盡管邏輯設(shè)計(jì)法較復(fù)雜，但其化簡電路的過程容易實(shí)現(xiàn)。例如要求化簡圖3.16(a)所示的控制電路，先列出圖3.16(a)電路的邏輯代數(shù)式為式(3-5)。

(3-5)

然后根據(jù)邏輯代數(shù)基本運(yùn)算法則化簡上面的代數(shù)式為式(3-6)。

(3-6)

化簡后的控制電路如圖3.16(b)所示。圖3.15沖床的控制電路3.16化簡電路

組合邏輯設(shè)計(jì)方法簡單，所以作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的輔助和補(bǔ)充，用于簡單控制電路的設(shè)計(jì)，或?qū)δ承┚植侩娐愤M(jìn)行簡化。2)時序邏輯電路的設(shè)計(jì)時序邏輯電路的特點(diǎn)是輸出狀態(tài)不僅與同一時刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與輸出量的原有狀態(tài)及其組合順序有關(guān)，即輸出量通過反饋?zhàn)饔?，對輸入狀態(tài)產(chǎn)生影響。這種邏輯電路設(shè)計(jì)要設(shè)置中間記40元件(如中間繼電器等)記憶輸入信號的變化，以達(dá)到各程序兩兩區(qū)分的目的。其設(shè)計(jì)過程比較復(fù)雜，基本步驟如下。

(1)根據(jù)拖動要求，先設(shè)計(jì)主電路，明確各電動機(jī)及執(zhí)行元件的控制要求，并選擇產(chǎn)生控制信號(包括主令信號與檢測信號)的主令元件(如按鈕、控制開關(guān)、主令控制器等)和檢測元件(如行程開關(guān)、壓力繼電器、速度繼電器、過電流繼電器等)。

(2)根據(jù)工藝要求作出工作循環(huán)圖，并列出主令元件、檢測元件及執(zhí)行元件的狀態(tài)表，寫出各狀態(tài)的特征碼(一個以二進(jìn)制數(shù)表示一組狀態(tài)的代碼)。

(3)為區(qū)分所有狀態(tài)(重復(fù)特征碼)而增設(shè)必要的中間記憶元件(中間繼電器)。

(4)根據(jù)已區(qū)分的各種狀態(tài)的特征碼，寫出各執(zhí)行元件(輸出)與中間繼電器、主令元件及檢測元件(邏輯變量)間的邏輯關(guān)系式。

(5)化簡邏輯式，據(jù)此繪出相應(yīng)控制線路。

(6)檢查并完善設(shè)計(jì)線路。由于這種設(shè)計(jì)方法難度較大，整個設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)采用。采用邏輯設(shè)計(jì)法能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的方案，所需元件數(shù)量少，各電器元件都能充分發(fā)揮作用，當(dāng)給定條件變化時，能找出電路變化的內(nèi)在規(guī)律，尤其在復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)中更能顯示其優(yōu)越性。例(1)----運(yùn)料小車的控制設(shè)計(jì)一個運(yùn)料小車控制電路，同時滿足以下要求：

1.小車啟動后，前進(jìn)到A地。然后做以下往復(fù)運(yùn)動：到A地后停2分鐘等待裝料，然后自動走向B。到B地后停2分鐘等待卸料，然后自動走向A。

2.有過載和短路保護(hù)。

3.小車可停在任意